高中生物 专题1 1_2 基因工程的基本操作程序课件 新人教版选修32.ppt

基因工程的基本操作程序,目的基因的获取,基因表达载体的构建,将目的基因导入受体细胞,目的基因的检测与鉴定,（一）目的基因的提取,目的基因：主要是指_。获取方法：1、_中获取目的基因2、PCR反应扩增DNA2、人工合成法：如果基因比较小，核苷酸序列又已知，也可以通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成。,基本操作步骤,从基因文库,编码蛋白质的结构基因,从基因文库中获取目的基因,什么是基因文库？什么是基因组文库？什么是部分基因文库？怎样从基因文库中得到我们所需的目的基因？目的基因的有关信息与什么相联系？,1.从基因文库中获取目的基因,基因文库：将含有某种生物不同基因的许多DNA片断，导入到受体菌的群体中，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因，称为基因文库。,基因文库,基因组文库,部分基因文库（如cDNA文库）,一种生物所有的基因,一种生物的一部分基因,基因文库的构建过程,基因组文库,目的基因的mRNA,单链DNA(cDNA）,双链DNA(即目的基因),反转录,合成,1）反转录法：以目的基因转录成的mRNA为模板，反转录成互补的单链DNA，然后在酶的作用下合成双链DNA，从而获得所需的基因。,蛋白质的氨基酸序列,mRNA的核苷酸序列,结构基因的核苷酸序列,目的基因,推测,推测,化学合成,2）根据已知的氨基酸序列合成DNA法：,cDNA：,非编码区,非编码区,编码区,RNA聚合酶结合位点,外显子,内含子,终止子,基因的结构,启动子,原核,真核,一个典型的原核细胞基因结构示意图,编码区:组成基因的核苷酸序列可以分为不同的区段,有的区段能够转录为相应的信使RNA，进而指导蛋白质的合成，这样的区段叫做编码区。,非编码区：有的区段不能转录为信使RNA，也就是说不能编码蛋白质，这样的区段叫做非编码区。,一个典型的真核细胞基因结构示意图,真核细胞基因结构的主要特点是：编码区是间隔的、不连续的。,能够编码蛋白质的序列叫做外显子，一般不能够编码蛋白质的序列叫做内含子。,2.PCR技术多聚酶链式反应（体外）,原理：前提：条件：,PCR扩增仪,DNA双链复制的基本原理,一段已知目的基因的核苷酸序列,四种脱氧核苷酸（dNTP）,一对引物,热稳定DNA聚合酶(Taq酶）,DNA的两条链为模板,温度控制,方式：,以_形式扩增，即_（n为扩增循环的次数）,指数,2n,过程,变性、退火、延伸三步曲,变性：加热至9095双链DNA解链成为单链DNA退火：冷却至5560部分引物与模板的单链DNA的特定互补部位相配对和结合延伸：加热至7075以目的基因为模板，合成互补的新DNA链,需要提供合成模板；合成的方向都是53。DNA聚合酶不能起始新的DNA链，必须要有引物提供3-OH；,1.目的基因DNA受热变性，解链；2.引物与单链互补结合；3.合成链在DNA聚合酶作用下进行延伸。,利用PCR技术扩增目的基因,胞内DNA复制与PCR技术的比较：,高温变性,TaqDNA聚合酶,DNA母链,dNTP,3个温度,DNA或RNA,1.下表关于基因工程中有关基因操作的名词及对应的内容，正确的组合是,2、下列属于获取目的基因的方法的是()利用mRNA反转录形成从基因组文库中提取从受体细胞中提取利用PCR技术利用DNA转录人工合成A.B.C.D.,3、在遗传工程中，若有一个控制有利性状的DNA分子片段为ATGTGTACAC，要使其数量增多，可用PCR技术进行人工复制，复制时应给予的条件是双链DNA分子为模板ATGTG或TACAC模板链四种脱氧核苷酸四种核苷酸DNA聚合酶热稳定DNA聚合酶引物温度变化恒温ABCD,4、在基因工程中，把选出的目的基因（共1000个脱氧核苷酸对，其中腺嘌呤脱氧核苷酸是460个）放入DNA扩增仪中扩增4代，那么，在扩增仪中应放入胞嘧啶脱氧核苷酸的个数是A.540个B.8100个C.17280个D.7560个,消耗的脱氧核苷酸数设亲代DNA分子中含有某种脱氧核苷酸数m个，则：(1)经过n次复制，共需要消耗游离的该脱氧核苷酸数：(2)在第n次复制时，共需要消耗游离的该脱氧核苷酸数：,m(2n-1),m2n-1,（二）基因表达载体的构建核心,质粒,DNA分子,一个切口两个黏性末端,两个切口获得目的基因,DNA连接酶,重组DNA分子（重组质粒）,同一种限制酶,目的基因与运载体的结合过程，实际上是不同来源的基因重组的过程。,（1）用一定的_切割质粒，使其出现一个切口，露出_。（2）用_切断目的基因，使其产生_。,（3）将切下的目的基因片段插入质粒的_处，再加入适量_，形成了一个重组DNA分子（重组质粒）,限制酶,黏性末端,同一种限制酶,相同的黏性末端,切口,DNA连接酶,重组质粒形成过程:,科学家在培育抗虫棉时，经过了许多复杂的过程和不懈的努力，才获得成功。起初把苏云金芽孢杆菌的抗虫基因插入载体质粒中，然后导入棉花的受精卵中，结果抗虫基因在棉花体内没有表达。然后在插入抗虫基因的质粒中插入启动子(抗虫基因首端)，导入棉花受精卵，长成的棉花植株还是没有抗虫能力。科学家又在有启动子、抗虫基因的质粒中插入终止子(抗虫基因末端)，导入棉花受精卵，结果成长的植株，有了抗虫能力。,资料:,基因表达载体构建,基因表达载体的组成：,目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。,启动转录,是RNA聚合酶的识别和结合部位,位于基因的末端,终止转录,检测目的基因是否导入受体细胞，筛选出含目的基因的受体细胞,1、（多选）一个基因表达载体的构建应包括A目的基因B启动子C终止子D标记基因,ABCD,2、下列关于基因表达载体的叙述不正确的是A启动子是与RNA聚合酶识别和结合的部位，是起始密码B启动子和终止子都是特殊结构的DNA短片段，对mRNA的转录起调控作用C标记基因是为了鉴别受体细胞中是否有目的基因从而便于筛选D基因表达载体的构建视受体细胞及导入方式不同而有所差别,A,3、目前转基因工程可以A.打破地理隔离但不能突破生殖隔离B.打破生殖隔离但不能突破地理隔离C.完全突破地理隔离和生殖隔离D.部分突破地理隔离和生殖隔离,C,(三)将目的基因导入受体细胞,常用的受体细胞：,动植物细胞、大肠杆菌、土壤农杆菌、枯草杆菌等。,将目的基因导入受体细胞的原理：,借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。,转化,目的基因进入_内，并且在受体细胞内维持_和_的过程,受体细胞,稳定,表达,导入植物细胞：,（三）将目的基因导入受体细胞,导入动物细胞：,导入微生物细胞：,受体细胞导入方法,体细胞受精卵,受精卵,显微注射法,Ca2处理法,1、将目的基因导入植物细胞,（1）农杆菌转化法,特点:,能感染双子叶植物和祼子植物,对单子叶植物无感染能力,Ti质粒的TDNA可转移至受体细胞并整合到其染色体上,转化过程:,Ti质粒目的基因,构建,表达载体,植物细胞,植物细胞染色DNA,新性状,农杆菌,（2）基因枪法,基因枪法又称微弹轰击法，是利用压缩气体产生的动力，将包裹在金属颗粒表面的表达载体DNA打入受体细胞中，使目的基因与其整合并表达的方法。,（3）花粉通道法,植物花粉在柱头上萌发后，花粉管要穿过花柱直通胚囊。花粉管通道法就是在植物受粉后，花粉形成的花粉管还未愈合前，剪去柱头，然后，滴加DNA（含目的基因），使目的基因借助花粉管通道进入受体细胞。,2、将目的基因导入动物细胞,方法:,显微注射技术,操作程序:,提纯含目的基因表达载体,取受精卵,显微注射,移植到子宫,受精卵发育,新性状动物,3、将目的基因导入微生物细胞,常用法：Ca2+处理,常用菌：大肠杆菌,微生物作受体细胞原因：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对少,过程：,Ca2+处理大肠杆菌,感受态细胞,表达载体与感受态细胞混合,感受态细胞吸收DNA,增大细胞壁的通透性,1、基因工程中科学家常用细菌、酵母菌等微生物作为受体细胞，原因是A结构简单、操作方便B繁殖速度快C遗传物质含量少、简单D性状稳定、变异少2、基因工程常用的受体细胞有大肠杆菌枯草杆菌支原体动植物细胞ABCD,B,D,3、基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的，在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的步骤是A.人工合成基因B.目的基因与运载体结合C.将目的基因导入受体细胞D.目的基因的检测和表达,C,4.采用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导入目的基因的做法正确的是将毒素蛋白质注射到棉受精卵中将编码毒素蛋白的DNA序列注射到棉受精卵中将编码毒素蛋白的DNA序列与细菌质粒重组，注射到棉的子房并进入受精卵中将编码毒素蛋白的DNA序列与质粒重组，导入细菌感染棉的体细胞，再进行组织培养ABCD,C,5.下列属于基因工程中导入目的基因方法的是农杆菌转化法基因枪法花粉管道法显微注射法胚胎移植DNA分子杂交法ABCD,C,目的基因是否插入转基因生物染色体的DNA上,（四）目的基因的检测与鉴定,目的基因是否表达：,目的基因是否转录：,鉴定,抗虫性鉴定、抗病性鉴定、生物活性鉴定等（生理、性状水平的检测）,检测,知识延伸DNA分子杂交技术,该方法是根据碱基互补配对原则，把互补的双链DNA解开，把单股的DNA小片段用同位素、荧光分子或化学发光催化剂等进行标记，之后同被检测的DNA中的同源互补序列杂交，从而检出所要查明的DNA或基因。,基因工程概念解读：,基因重组,体外,基因,DNA分子水平,剪切拼接导入表达,新的生物类型和生物产品,密码子的通用性：生物界共用一套相同的密码子,基本单位相同结构相同碱基配对方式相同,安全性问题：生物安全、食品安全、环境安全,转基因抗虫棉,打破生殖隔离定向改造生物时间短,1、基因工程中科学家常用细菌、酵母菌等微生物作为受体细胞，原因是A结构简单、操作方便B繁殖速度快C遗传物质含量少、简单D性状稳定、变异少2、基因工程常用的受体细胞有大肠杆菌枯草杆菌支原体动植物细胞ABCD,B,D,2、基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的，在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的步骤是A.人工合成基因B.目的基因与运载体结合C.将目的基因导入受体细胞D.目的基因的检测和表达,C,3.采用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导入目的基因的做法正确的是将毒素蛋白质注射到棉受精卵中将编码毒素蛋白的DNA序列注射到棉受精卵中将编码毒素蛋白的DNA序列与细菌质粒重组，注射到棉的子房并进入受精卵中将编码毒素蛋白的DNA序列与质粒重组，导入细菌感染棉的体细胞，再进行组织培养ABCD,C,4.下列属于基因工程中导入目的基因方法的是农杆菌转化法基因枪法花粉管道法显微注射法胚胎移植DNA分子杂交法ABCD,C,5、应用基因工程技术诊断疾病的过程中必须使用基因探针才能达到检测疾病的目的。这里的基因探针是A用于检测疾病的医疗器械B用放射性同位素或荧光分子等标记的DNA分子C合成-珠蛋白的DNAD合成苯丙羟化酶的DNA片段,6.细菌的质粒分子带有一个抗菌素抗性基因，该抗性基因在基因工程中的主要作用是A提高受体细胞在自然环境中的耐药性B有利于对目的基因是否导入进行检测C增加质粒分子的分子量D便于与外源基因连接7.有关基因工程的叙述正确的是A限制酶只在获得目的基因时才用B重组质粒的形成是在细胞内完成的C质粒都可作为运载体D蛋白质的